现代有轨电车运行安全控制系统组成

1.计算机联锁

20世纪70年代后期，随着计算机的迅速发展和推广应用，以及可靠性技术的进步，各国相继研究计算机联锁。从软件入手，采用通用计算机，通过软件或硬件冗余实现故障-安全。1978年，由瑞典研制的世界上第一套计算机联锁控制系统在瑞典哥德堡站的成功应用，掀开了车站联锁控制系统研究与应用的新篇章；到了20世纪90年代，不少国家已开始大面积推广计算机联锁控制系统。

20世纪80年代，中国铁道科学研究院、铁道部通信信号总公司研究设计院、北方交通大学等科研机构相继开展了计算机联锁控制系统的研制工作。1984年，铁道部通信信号总公司研究设计院研制生产的车站计算机联锁控制系统成功地应用于地方铁路。计算机联锁与传统的继电联锁的主要区别在于：

1）利用计算机对车站值班员的操作命令和现场监控设备的表示信息进行逻辑运算后，完成对信号机、道岔进路的控制，并实现联锁关系。

2）计算机发出的控制信息和现场传回的表示信息均可实现串行传输，节省电缆。

3）用屏幕显示代替控制台表示盘，体积小，便于使用，还可根据需要多机并用。

4）采用模块化软件和硬件结构，便于设备改造，并容易实现故障控制、分析等功能。

与继电联锁相比，计算机联锁具有以下显著优点：

1）随着大规模集成电路的发展，计算机联锁系统性能价格比的优势将更大。

2）采取硬件和软件冗余技术后（如双机热备系统、三取二表决系统等），系统的安全性和可靠性将得到提高。

3）联锁功能更加完善，便于增加进路储存、自动选路等新功能，克服了6502电气集中联锁难以解决的问题。

4）减少了系统设计、施工、维护及改造的工作量，易于实现系统自身化管理；利用自诊断、自检测功能及远距离联网，易于实现远距离诊断。

5）人机界面灵活，显示内容丰富，信息量大，便于与其他系统联网，提供及交换各种信息，并协调工作，实现行车管理现代化。

作为行车安全控制的核心，计算机联锁系统应用大量电子元器件，系统中实现联锁运算的联锁计算机一旦出现硬件故障，影响面将会很大，甚至使系统不能工作。因此，必须在抗电磁干扰及防止雷击等方面采取防护措施，在系统设计方面进一步提高其可靠性和安全性。TYJL-Ⅱ型计算机联锁系统的结构如图4-4所示。

图4-4 TYJL-Ⅱ型计算机联锁系统的结构

2.联锁系统设备组成

（1）操纵显示设备 计算机联锁的操纵显示设备有多种形式，如数字化仪加显示器、鼠标加显示器及控制、表示合一的控制台等，其主要功能是供值班员办理各种行车命令，提供站场图形显示、语音和文字提示等。

（2）监控机 监控机的主要功能是作为人机接口，一方面接收来自控制台的操作命令和向控制台提供图像显示、语音及文字等信息；另一方面与联锁机进行信息交换，向联锁机提供初选的操作命令，并接收来自联锁机的道岔、信号及轨道电路等表示信息。除上述外，监控机还向其他系统，如电务维修机、调度监督系统等提供站场信息。

（3）联锁机 联锁机是计算机联锁系统的核心，它是根据现场信号设备状态和控制台操作命令，实现信号设备的联锁逻辑处理功能，完成进路确选和锁闭，发出转换道岔和开放信号等控制命令。

（4）执行表示机和输入/输出接口 表示机通过由继电电路构成的输入/输出接口，接收并执行来自联锁机的控制命令，采集并向联锁机发送现场设备信息。

（5）现场设备 道岔控制电路、信号机电路及轨道电路等仍采用现有的成熟电路。

（6）其他设备 除上述设备外，还包括与其他系统连接的网络、电务维修机等设备。其中电务维修机能够再现一月之内系统的操作信息和故障诊断信息等，为维修工作提供便利。

3.冗余结构

由于计算机联锁系统不仅需要昼夜不停地连续运转，而且一旦出现故障就会对行车安全和效率产生不利影响，因此计算机联锁系统既要有比较高的可靠性，又要有比较高的安全性。(www.xing528.com)

可靠性指系统在规定时间内、在规定条件下完成规定功能的能力。度量可靠性的定量标准是可靠度，可靠度用自身的平均故障间隔时间MTBF来表征。根据有关技术标准，计算机联锁系统的MTBF应达到106h。安全性指当系统的任何部分发生故障时，其后果不会导致人身伤亡或财产重大损失的性能。度量系统安全性的技术指标是系统产生不安全性输出的平均间隔时间。根据有关技术标准，计算机联锁系统产生不安全性输出的平均间隔时间为1011h以上。

为达到上述要求，计算机联锁系统在核心硬件结构上一般都采用冗余结构。所谓冗余结构是指为了提高系统的可靠性、安全性而增加的结构。

图4-5所示为可靠性冗余结构。模块A和模块B经或门输出，两个模块只要有一个模块正常输出，即可保证整个系统不停机，提高了系统工作的可靠性。在实际应用中，对安全性要求不高、处理人机对话信息的上位机一般采用可靠性冗余结构。

图4-6所示为安全性冗余结构。模块A和模块B经与门输出，两个模块同步工作，只有两个输出一致才能保证整个系统不停机；只要有一个模块故障，系统将不能正常输出。这样提高了系统的安全性，减少了危险侧输出的概率。在实际应用中，对安全性要求较高的联锁控制机常采用安全性冗余结构。

图4-5 可靠性冗余结构

图4-6 安全性冗余结构

目前，为了提高可靠性和安全性，计算机联锁主要采用双机热备系统、三取二系统及二乘二取二系统，来达到上述指标要求。

1.双机热备系统

这种方式是冗余系统的基本结构，采用双套相互独立、结构相同、指令或周期同步工作及编程相同的系统同时工作，双机互为热备，相互监测，通过比较器确定系统正常工作后，才能输出控制指令。当一套系统发现自身出现故障时，就给出控制信号，自动切换到另一套系统上，并给出故障报警和提示。双机热备系统在工作时有如下几种工作模式：

1）一个系统工作，另一系统热备，两系统都无故障。

2）一个系统工作，另一系统待修，系统可以完成规定功能。

3）两个系统都故障，系统失效。

采用双机热备系统提高可靠性、安全性的基础是：在极短的时间内，两台计算机同时发生错误，而且错误呈现同一模式的概率极低。

2.二乘二取二系统

为了使计算机联锁系统既具有可靠性又具有安全性，可采用二乘二取二系统的多重冗余结构，如图4-7所示。二乘二取二系统采用了四台计算机，一般分为系统Ⅰ、系统Ⅱ，双系互为热备关系。二乘二取二系统通过“单系保证安全，双系提高可靠性”来确保整体系统的安全性和可靠性。双系中的每一单系均包括双套计算机，实时校核工作，每一单系中必须双机工作一致才能对外输出，实现整体系统的安全性；任一单系检出故障均可立即导向备系工作，实现全部系统的可靠性。二乘二取二系统联锁机应用软件和操作系统进行松散耦合，并且系统具有完备的自检功能，保证了整体系统具有较高的安全性。

3.三取二系统

三取二系统又称为三机表决系统，如图4-8所示。三台计算机同时工作，三取二系统中的CPU之间是通过两两相互比较来保证整体系统的安全性。当有两个结果相同（包括三个结果相同）时，认为正确无误方可输出；当某一个CPU故障或运行产生差错时，该CPU将被屏蔽，另外两个CPU相当于组成一个二取二的系统，不需要切换，在没有降低系统安全性的前提下，保证了整体系统的高可靠性。

图4-7 二乘二取二系统结构

图4-8 三取二系统结构

除硬件冗余，在系统内还可采用软件冗余技术，如双套软件冗余、信息冗余等，进一步提高系统安全性和可靠性。